Сколько вариантов распределения адресов в сети у сервера windows
Обновлено: 06.07.2024
Всем привет! Сегодня статью мы посвятим рассказу о протоколе DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) – что он из себя представляет, для чего он нужен и как он работает. DHCP доступен как для IPv4 (DHCPv4) , так и для IPv6 (DHCPv6) . В этой статье мы рассмотрим версию для IPv4. А следующей статье мы расскажем про его настройку.
Каждому устройству, подключенному к сети, нужен уникальный IP-адрес. Сетевые администраторы назначают статические IP-адреса маршрутизаторам, серверам, принтерам и другим сетевым устройствам, местоположение которых (физическое и логическое) вряд ли изменится. Обычно это устройства, предоставляющие услуги пользователям и устройствам в сети, поэтому назначенные им адреса должны оставаться постоянными. Кроме того, статические адреса позволяют администраторам удаленно управлять этими устройствами – до них проще получить доступ к устройству, когда они могут легко определить его IP-адрес.
Однако компьютеры и пользователи в организации часто меняют места, физически и логически. Это может быть сложно и долго назначать новые IP-адреса каждый раз, когда сотрудник перемещается. А для мобильных сотрудников, работающих из удаленных мест, вручную настройка правильных параметров сети может быть весьма непростой задачей.
Использование DHCP в локальной сети упрощает назначение IP-адресов как на настольных, так и на мобильных устройствах. Использование централизованного DHCP-сервера позволяет администрировать все назначения динамических IP-адресов с одного сервера. Эта практика делает управление IP-адресами более эффективным и обеспечивает согласованность внутри организации, включая филиалы.
DHCPv4 динамически назначает адреса IPv4 и другую информацию о конфигурации сети. Отдельный сервер DHCPv4 является масштабируемым и относительно простым в управлении. Однако в небольшом офисе маршрутизатор может быть настроен для предоставления услуг DHCP без необходимости выделенного сервера.
DHCPv4 включает три разных механизма распределения адресов для обеспечения гибкости при назначении IP-адресов:
Динамическое распределение является наиболее часто используемым механизмом DHCP и при его использовании клиенты арендуют информацию с сервера на определенный период. DHCP серверы настраивают так, чтобы установить аренду (лизинг) с различными интервалами. Аренда обычно составляет от 24 часов до недели или более. Когда срок аренды истекает, клиент должен запросить другой адрес, хотя обычно он снова получает старый.
Механизм работы DHCP
DHCPv4 работает в режиме клиент/сервер. Когда клиент взаимодействует с сервером DHCPv4, сервер назначает или арендует IPv4-адрес этому клиенту. Он подключается к сети с этим арендованным IP-адресом до истечения срока аренды и должен периодически связываться с сервером DHCP, чтобы продлить аренду. Этот механизм аренды гарантирует, что клиенты, которые перемещаются или выходят из строя, не сохраняют за собой адреса, которые им больше не нужны. По истечении срока аренды сервер DHCP возвращает адрес в пул, где он может быть перераспределен по мере необходимости.
Рассмотрим процесс получения адреса:
Теперь рассмотрим, как происходит продление аренды адреса:
- DHCP это просто
- Dynamic Host Configuration Protocol
- 221
- 66
Пожалуйста, расскажите почему?
Нам жаль, что статья не была полезна для вас 🙁 Пожалуйста, если не затруднит, укажите по какой причине? Мы будем очень благодарны за подробный ответ. Спасибо, что помогаете нам стать лучше!
Подпишитесь на нашу еженедельную рассылку, и мы будем присылать самые интересные публикации 🙂 Просто оставьте свои данные в форме ниже.
Всё о Интернете, сетях, компьютерах, Windows, iOS и Android
Что такое DHCP и как это работает
Даже многие системные администраторы, годами работающие с сетевыми устройствами, не всегда могут дать чёткий и внятный ответ — что такое DHCP сервер. Знают что если он работает, то у компьютера появится IP-адрес — и то хорошо.
А ведь это очень важный момент! Этот протокол значительно облегчает жизнь системному администратору при настройке и управлении сетями. Он работает как в обычных домашних сетях на бытовых WiFi-роутерах и модемах, так и в крупных корпоративных сетях и помогает компьютеру, ноутбуку или иному сетевому устройству быстро получить АйПи-адрес и идентифицироваться.
Давайте подробнее рассмотрим основные принципы работы DHCP сервера.
Что такое DHCP?
Что делает DHCP-сервер?!
На ДХЦП-сервере системным администратором задаётся определённый диапазон IP-адресов, которые можно выдавать устройствам-клиентам при обращении. При этом дополнительно может настраиваться срок аренды адреса (lease time) в течение которого он закреплён за MAC-адресом компьютера и не может быть занят иным устройством.
У сервера есть три варианта распределения адресов в сети:
1 — Динамическое . Именно этот вариант работает на 95% серверов. Адрес выдаётся компьютеру на определённый срок (время аренды), по истечению которого АйПи будет считаться свободным и может быть назначен иному компьютеру в сети.
2 — Автоматическое . Всё аналогично динамическому распределению, за тем лишь исключением, что IP выдаётся устройство на постоянной основе и более не меняется.
3 — Ручное . В этом случае администратором сервера составляется таблица соответствия IP и MAC-адресов устройств, согласно которой в дальнейшем они и будут получать сетевые параметры. Этот способ практически не используется. Если только в сетях с повышенным уровнем безопасности.
Как работает DHCP сервер
Работа сервера основывается на широковещательных сетевых запросах. Процедура «общения» клиента и сервера выглядить примерно так:
Вот, для наглядности, схема диалога клиента и сервера ДХЦП:
Диапазон IP-адресов, предназначенных для распределения между клиентами одной сети с помощью протокола DHCP, рассматривается как единый административный блок. Он называется «область действия» — scope. Если сервер работает с несколькими подсетями, то при настройке службы DHCP, администратор должен создать отдельную область действия для каждой физической подсети.
В идеале, для стабильной работы, для каждого обслуживаемого сегмента сети должно быть как минимум два DHCP-сервера, но для домашнего использования это требование не актуально.
Виды запросов сервера
DHCPACK — ответное послание клиенту после получения от него DHCPREQUEST, означающее завершение процесса общения. Оно подтверждает о том, что всё согласовано и ПК может работать в сети.
DHCPNAK — Этот ответ будет отправлен клиенту в случае, если невозможно удовлетворить параметры DHCPREQUEST.
DHCPDECLINE — Широковещательный ответ серверу в том случае, когда клиент обнаруживает, что присвоенный ему IP-адрес уже используется.
Как включить DHCP на сетевом адаптере
В операционной системе Windows 10 DHCP-клиент включен по умолчанию как служба, а на сетевом адаптере необходимо выставить автоматическое получение IP. Для этого нажимаем комбинацию клавиш Win+R чтобы открыть окно «Выполнить» и вводим команду ncpa.cpl.
Нажимаем на кнопку «ОК». Появится окно с сетевыми подключениями Виндовс 10.
На том адаптере, где хотим включить DHCP, кликаем правой кнопкой чтобы появилось контекстное меню. В меню — выбираем пункт «Свойства».
В следующем окне надо выбрать строчку «IP версии 4(TCP/IPv4)» и нажимаем на кнопку «Свойства» чтобы открыть параметры протокола:
Здесь необходимо поставить галочки на автоматическое получение адресов и нажать на кнопку «ОК».
В операционных системах семейства Linux все настройки прописаны в конфигурационных файлах. Например, в популярной Ubuntu это /etc/network/interfaces . Вот пример конфига, который позволяет включить DHCP на сетевом адаптере eth0:
Здесь:
auto eth0 — автоматическое включение сетевой карты eth0 при загрузке системы.
iface eth0 inet static — этой строчкой мы указываем системе, что интерфейс сетевой карты eth0 находится в диапазоне адресов с динамическим получением ip.
Если в системе работает менеджер соединение Network Manager, то можно включить DHCP на сетевом адаптере и в графическом интерфейсе:
Но, как только возникает необходимость настроить для своих нужд работоспособную сеть с выходом в Интернет по выделенному IP-адресу, так сказать пробелы в знаниях дают о себе знать. Читаем и берем на вооружение. В этом выпуске:
Эта статья поможет вам разобраться в теме. Все важно, а такие «лишние» знания бесполезными не бывают и простым способом можно повысить безопасность вашей сети. Как всегда, в начале немного теории, без нее все равно никуда. Сегодня все сети построены на ключевых протоколах TCP/IP, которые во многом обеспечивает их функционирование.
Одной из служб этого протокола и является DHCP (DYNAMIC HOST CONFIGURATION PROTOCOL) или «протокол динамического конфигурирования хостов». Хостами обычно называют имена компьютеров в сети. В некотором роде они заменяют собой IP адреса при обращении к компьютеру по имени.
DHCP является вспомогательным средством TCP/IP и функционирует в сети как сервер, как клиент, и как протокол по которому и передаются в сеть служебные данные. Все зависит от того, о каком уровне идет речь.
Можно включить сервер на роутере и тогда это будет сервер. Альтернативный вариант — установить DHCP и на компьютере , например настроить в Windows 10. Можно включать или отключать эти службы на одном из компьютеров сети — это будет уровень клиента или сетевого протокола.
DHCP- сервер для чего он нужен?
Представим себе ситуацию, когда наша сеть состоит хотя бы из 100 компьютеров. Задача системного администратора — строго следить за тем, чтобы каждый компьютер и устройства в сети имели свой уникальный IP адрес. Бедный сисадмин! Ему придется несладко, ведь он обязан все это как-то контролировать. Где-то сбился адрес и чье -то рабочее место уже не функционирует…
С внедрением интернета все стало совершенстоваться и вот уже нужно указывать адрес шлюза, маску подсети. Чтобы устранить недостатки существующих тогда протоколов, которые не умели в полной мере автоматизировать процесс, корпорация Microsoft и придумала DHCP, главное достоинство которого в том, что он умеет динамически назначать IP адреса из списка доступных, а неиспользуемые как бы не видны.
Системный администратор больше не думает над уникальностью и диапазонами адресов. Сторонние разработчики могут передавать через эту службу свои настройки к собственному программному обеспечению (мы видим как это реализовано в роутерах различных фирм). Таким образом, DHCP предназначен для автоматической конфигурации компьютерных сетей — автоматического присвоения компьютерам сети уникального IP -адреса.
DHCP на роутере что это?
Протокол динамического конфигурирования в качестве сервера сегодня реализован практически на всех моделях интернет-роутеров. И многие впервые настраивая свой маршрутизатор конечно же сталкиваются с непонятной аббревиатурой. При включении этой настройки (а она обычно по умолчанию включена) IP адреса будут автоматически присваиваться всем устройствам, подключающимся к вашей сети и сеть будет работать без участия системного администратора
Особенно удобно это выглядит при организации открытых точек доступа в Интернет по Wi-Fi в кафе, ресторанах, общественных местах. Если DHCP не включать, то не поможет даже наличие открытого доступа к сети. Интернета не будет до тех пор, пока IP адрес, адрес шлюза, маска подсети каждому смартфону не будет присвоены вручную. Поэтому отключение DHCP при организации таких сетей недопустимо.
Не зная IP адреса, маски подсети и шлюза злоумышленник даже подключившись к сети через кабель не сможет получить желанный интернет или зайти в сеть. Разумеется, на всех компьютерах сети при отключенном DHCP доступ к настройкам сети должен быть отключен обычным пользователям, а изменения должны вноситься только от имени администратора. А каждой станции сети должен быть вручную прописан свой IP.
DHCP relay что это? Настройка сервера на устройствах Microtic, Zyxel Keenetic Giga
На современных моделях маршрутизаторов теперь можно встретить настройку DHCP — relay, но информации по ней в справочной системе устройства недостаточно. Опция расширяет функциональные возможности вашего устройства для системного администрирования.
Все что нужно указать — это интерфейс (для доступа к Интернет) и IP адрес нужного сервера DHCP . Таким образом, функционал предназначен для назначения адресов в вашей сети из другой сети в случае возникновения такой необходимости.
Настройка сервера DHCP на роутере Zyxel Keenetic Giga
Фирма Zyxel сегодня выпускают устройства, которые радуют глаз. Эти бренды сегодня популярны прежде всего благодаря функционалу который они предоставляют. Можно организовать несколько сетей на одном устройстве, подключить не одного провайдера а несколько и делать много других недостуных для предыдущих поколений устройств полезных вещей. Не менее хороша фирма Microtic, сделал один раз настройки и забыл о проблемах.
Настройка сервера на маршрутизаторе самостоятельно не представляет ничего сложного. В случае выделенного вам провайдером Интернет IP- адреса нужно настроить подключение к Интернету:
Указываем данные от провайдера, не забываем про DNS, в качестве DNS 3 можно прописать гугловский DNS 8.8.8.8 Не помешает. Затем нужно создать сеть, или вернее сказать один из ее сегментов. В пункте «Мои сети и Wi-Fi» создаем новый сегмент:
В настройках включаем DHCP сервер. В качестве IP указываем адрес роутера, который для рабочих станций будет шлюзом:
IP роутера указан в качестве примера. Вы можете в качестве IP выбирать нестандартные диапазоны для повышения безопасности. Диапазоны определяют количество подсетей и предельное количество рабочих станций в ней. Начальный адрес пула будет адресом «первого» компьютера. Размер пула — это количество компьютеров, которые у вас будут в сети. Время аренды- продолжительность выдачи адреса в секундах.
DHCP не включен на сетевом адаптере подключение по локальной (беспроводной) сети Windows 10, что делать?
…убеждаемся, что служба запущена; если это не так — перезапускаем ее. Теперь переходим к настройкам сетевой карты.
Как включить DHCP на сетевом адаптере Windows 10? Для этого правой кнопкой жмем на значок подключения в нижнем правом углу монитора:
Идем в настройки параметров сетевого адаптера:
На компьютере обычно бывает больше одного сетевого адаптера. Если у вас WI-FI, то нужно выбрать его. У меня проводное подключение Нужно щелкнуть по нему правой кнопкой мыши:
В свойствах подключения ищем в списке используемый IP -протокол , у меня IPv4:
Далее, смотрим настройки. Если у вас DHCP на роутере включен, можно поставить флаги так:
Убеждаемся, что на сетевом адаптере включился DHCP,жмем на «Дополнительно»:
Закончили настройки. Для того, чтобы изменения вступили в силу без перезагрузки, ставим галочку:
Если Вы установили Wi-Fi -адаптер
Все же бывает, что вышеописанные способы не помогают. Долго искать; поэтому опять жмем правой кнопкой на значке подключения:
Дождитесь окончания работы мастера:
После проведенных выше настроек он гарантированно исправляет все ошибки! Вот так легко настраивать DHCP!
Этот документ был переведен Cisco с помощью машинного перевода, при ограниченном участии переводчика, чтобы сделать материалы и ресурсы поддержки доступными пользователям на их родном языке. Обратите внимание: даже лучший машинный перевод не может быть настолько точным и правильным, как перевод, выполненный профессиональным переводчиком. Компания Cisco Systems, Inc. не несет ответственности за точность этих переводов и рекомендует обращаться к английской версии документа (ссылка предоставлена) для уточнения.
Содержание
Введение
В этом документе приведена основная информация, необходимая для настройки маршрутизатора для IP-маршрутизации, в том числе сведения о повреждении адресов и работе подсетей. Здесь содержатся инструкции по настройке для каждого интерфейса маршрутизатора IP-адреса и уникальной подсети. Приведенные примеры помогут объединить все сведения.
Предварительные условия
Требования
Рекомендуется иметь хотя бы базовое представление о двоичной и десятичной системах счисления.
Используемые компоненты
Настоящий документ не имеет жесткой привязки к каким-либо конкретным версиям программного обеспечения и оборудования.
Сведения, представленные в этом документе, были получены от устройств, работающих в специальной лабораторной среде. Все устройства, описанные в этом документе, были запущены с чистой (стандартной) конфигурацией. В рабочей сети необходимо изучить потенциальное воздействие всех команд до их использования.
Дополнительные сведения
Если определения помогают вам, воспользуйтесь следующими терминами словаря, чтобы начать работу:
Адрес - Уникальный ID-номер, назначенный одному узлу или интерфейсу в сети.
Подсеть — это часть сети, в которой совместно используется определенный адрес подсети.
Маска подсети - 32-битная комбинация, используемая для того, чтобы описать, какая часть адреса относится к подсети, а какая к узлу.
Интерфейс — сетевое подключение.
Если уже имеются адреса в Интернете, официально полученные из центра сетевой информации InterNIC, то можно приступать к работе. Если подключение к Интернету не планируется, настоятельно рекомендуется использовать зарезервированные адреса, как описано в документе RFC 1918.
Изучение IP-адресов
IP-адрес — это адрес, который используется для уникальной идентификации устройства в IP-сети. Адрес состоит из 32 двоичных разрядов и с помощью маски подсети может делиться на часть сети и часть главного узла. 32 двоичных разряда разделены на четыре октета (1 октет = 8 битов). Каждый октет преобразуется в десятичное представление и отделяется от других октетов точкой. Поэтому принято говорить, что IP-адрес представлен в десятичном виде с точкой (например, 172.16.81.100). Значение в каждом октете может быть от 0 до 255 в десятичном представлении или от 00000000 до 11111111 в двоичном представлении.
Ниже приведен способ преобразования двоичных октетов в десятичное представление: Самый правый бит (самый младший разряд) октета имеет значение 20. Расположенный слева от него бит имеет значение 21. И так далее — до самого левого бита (самого старшего разряда), который имеет значение 27. Таким образом, если все двоичные биты являются единицами, эквивалентом в десятичном представлении будет число 255, как показано ниже:
Ниже приведен пример преобразования октета, в котором не все биты равны 1.
В этом примере показан IP-адрес, представленный в двоичном и десятичном форматах.
Эти октеты разделены таким образом, чтобы обеспечить схему адресации, которая может использоваться как для больших, так и для малых сетей. Существует пять различных классов сетей: от A до E (используются буквы латинского алфавита). Этот документ посвящен классам от A до C, поскольку классы D и E зарезервированы и их обсуждение выходит за рамки данного документа.
Примечание: Также обратите внимание, что сроки "Класс A, Класс B" и так далее используется в этом документе, чтобы помочь упрощать понимание IP-адресации и выделения подсети. Эти термины фактически уже не используются в промышленности из-за введения бесклассовой междоменной маршрутизации (CIDR).
Класс IP-адреса может быть определен из трех старших разрядов (три самых левых бита первого октета). На рис. 1 приведены значения трех битов старшего разряда и диапазон адресов, которые попадают в каждый класс. Для справки показаны адреса классов D и Е.
Рисунок 1
В адресе класса A первый октет представляет собой сетевую часть, поэтому пример класса A на рис. 1 имеет основной сетевой адрес 1.0.0.0 – 127.255.255.255. Октеты 2,3 и 4 (следующие 24 бита) предоставлены сетевому администратору, который может разделить их на подсети и узлы. Адреса класса A используются в сетях с количеством узлов, превышающим 65 536 (фактически до 16777214 узлов!)!.
В адресе класса B два первых октета представляют собой сетевую часть, поэтому пример класса B на рис. 1 имеет основной сетевой адрес 128.0.0.0 – 191.255.255.255. Октеты 3 и 4 (16 битов) предназначены для локальных подсетей и узлов. Адреса класса B используются в сетях с количеством узлов от 256 до 65534.
В адресе класса C первые три октета представляют собой сетевую часть. Пример класса C на рис. 1 имеет основной сетевой адрес 192.0.0.0 – 223.255.255.255. Октет 4 (8 битов) предназначен для локальных подсетей и узлов. Этот класс идеально подходит для сетей, в которых количество узлов не превышает 254.
Маски сети
Маска сети позволяет определить, какая часть адреса является сетью, а какая часть адреса указывает на узел. Сети класса A, B и C имеют маски по умолчанию, также известные как естественные маски:
IP-адрес в сети класса A, которая не была разделена на подсети, будет иметь пару "адрес/маска", аналогичную: 8.20.15.1 255.0.0.0. Чтобы понять, как маска помогает идентифицировать сетевую и узловую части адреса, преобразуйте адрес и маску в двоичный формат.
Когда адрес и маска представлены в двоичном формате, идентификацию сети и хоста выполнить гораздо проще. Все биты адреса, для которых соответствующие биты маски равны 1, представляют идентификатор сети. Все биты адреса, для которых соответствующие биты маски равны 0, представляют идентификатор узла.
Изучение организации подсетей
Подсети позволяют создавать несколько логических сетей в пределах одной сети класса А, В или С. Если не использовать подсети, то можно будет использовать только одну сеть из сети класса A, B или C, что представляется нереалистичным.
Каждый канал передачи данных в сети должен иметь уникальный идентификатор сети, при этом каждый узел в канале должен быть членом одной и той же сети. Если разбить основную сеть (класс A, B или C) на небольшие подсети, это позволит создать сеть взаимосвязанных подсетей. Каждый канал передачи данных в этой сети будет иметь уникальный идентификатор сети или подсети. Какое-либо устройство или шлюз, соединяющее n сетей/подсетей, имеет n различных IP-адресов — по одному для каждой соединяемой сети/подсети.
Чтобы организовать подсеть в сети, расширьте обычную маску несколькими битами из части адреса, являющейся идентификатором хоста, для создания идентификатора подсети. Это позволит создать идентификатор подсети. Пусть, например, используется сеть класса C 204.17.5.0, естественная сетевая маска которой равна 255.255.255.0. Подсети можно создать следующим образом:
Расширение маски до значения 255.255.255.224 произошло за счет трех битов (обозначенных "sub") исходной части узла в адресе, которые были использованы для создания подсетей. С помощью этих трех битов можно создать восемь подсетей. Оставшиеся пять битов идентификаторов хоста позволяют каждой подсети содержать до 32 адресов хостов, 30 из которых фактически можно присвоить устройствам, поскольку идентификаторы хостов, состоящие из одних нулей или одних единиц, не разрешены (это очень важно, запомните это). С учетом всех изложенных факторов были созданы следующие подсети.
Примечание. Существует два метода обозначения этих масок. Первый: поскольку используется на три бита больше, чем в обычной маске класса C, можно обозначить эти адреса как имеющие 3-битовую маску подсети. Вторым методом обозначения маски 255.255.255.224 является /27, поскольку в маске задано 27 битов. Второй способ используется с методом адресации CIDR. При использовании данного способа одна из этих сетей может быть описана с помощью обозначения префикса или длины. Например, 204.17.5.32/27 обозначает сеть 204.17.5.32 255.255.255.224. Если применяется, записи префикса/длины используются для обозначения маски на протяжении этого документа.
Схема разделения на подсети в этом разделе позволяет создать восемь подсетей, и сеть может выглядеть следующим образом:
Рис. 2
Обратите внимание, что каждый из маршрутизаторов на рис. 2 подключен к четырем подсетям, причем одна подсеть является общей для обоих маршрутизаторов. Кроме того, каждый маршрутизатор имеет IP-адрес в каждой подсети, к которой он подключен. Каждая подсеть может поддерживать до 30 адресов узлов.
Из этого можно сделать важный вывод. Чем больше битов используется для маски подсети, тем больше доступно подсетей. Однако чем больше доступно подсетей, тем меньше адресов узлов доступно в каждой подсети. Например, в сети класса C 204.17.5.0 при сетевой маске 255.255.255.224 (/27) можно использовать восемь подсетей, в каждой из которых будет содержаться 32 адреса узлов (30 из которых могут быть назначены устройствам). Если использовать маску 255.255.255.240 (/28), разделение будет следующим:
Поскольку теперь имеются четыре бита для создания подсетей, остаются только четыре бита для адресов узлов. В этом случае можно использовать до 16 подсетей, в каждой из которых может использоваться до 16 адресов узлов (14 из которых могут быть назначены устройствам).
Посмотрите, как можно разделить на подсети сеть класса B. Если используется сеть 172.16.0.0, то естественная маска равна 255.255.0.0 или 172.16.0.0/16. При Расширение маски до значения выше 255.255.0.0 означает разделение на подсети. Можно быстро понять, что можно создать гораздо больше подсетей по сравнению с сетью класса C. Если использовать маску 255.255.248.0 (/21), то сколько можно создать подсетей и узлов в каждой подсети?
Вы можете использовать для подсетей пять битов из битов оригинального хоста. Это позволяет получить 32 подсети (25). После использования пяти битов для подсети остаются 11 битов, которые используются для адресов узлов. Это обеспечивает в каждой подсети 2048 адресов хостов (211), 2046 из которых могут быть назначены устройствам.
Примечание. В прошлом существовали ограничения на использования подсети 0 (все биты подсети равны нулю) и подсети "все единицы" (все биты подсети равны единице). Некоторые устройства не разрешают использовать эти подсети. Устройства Cisco Systems позволяют использование этих подсетей когда ip subnet zero команда настроена.
Примеры
Упражнение 1
После ознакомления с концепцией подсетей, примените новые знания на практике. В этом примере предоставлены две комбинации "адрес/маска", представленные с помощью обозначения "префикс/длина", которые были назначены для двух устройств. Ваша задача — определить, находятся эти устройства в одной подсети или в разных. С помощью адреса и маски каждого устройства можно определить, к какой подсети принадлежит каждый адрес.
Определим подсеть для устройства DeviceA:
Рассмотрение битов адресов, соответствующие биты маски для которых равны единице, и задание всех остальных битов адресов, равными нулю (аналогично выполнению логической операции И между маской и адресом), покажет, к какой подсети принадлежит этот адрес. В рассматриваемом случае устройство DeviceA принадлежит подсети 172.16.16.0.
Определим подсеть для устройства DeviceB:
Следовательно, устройства DeviceA и DeviceB имеют адреса, входящие в одну подсеть.
Пример упражнения 2
Рис. 3
Анализируя показанную на рис. 3 сеть, можно увидеть, что требуется создать пять подсетей. Самая большая подсеть должна содержать 28 адресов узлов. Возможно ли это при использовании сети класса C? И если да, то каким образом следует выполнить разделение на подсети?
Можно начать с оценки требования к подсетям. Чтобы создать пять подсетей, необходимо использовать три бита из битов узла класса C. Два бита позволяют создать только четыре подсети (22).
Так как понадобится три бита подсети, для части адреса, отвечающей за узел, останется только пять битов. Сколько хостов поддерживается в такой топологии? 25 = 32 (30 доступных). Это отвечает требованиям.
Следовательно, можно создать эту сеть, используя сеть класса C. Пример назначения подсетей:
Пример VLSM
Следует обратить внимание на то, что в предыдущих примерах разделения на подсети во всех подсетях использовалась одна и та же маска подсети. Это означает, что каждая подсеть содержала одинаковое количество доступных адресов узлов. Иногда это может понадобиться, однако в большинстве случаев использование одинаковой маски подсети для всех подсетей приводит к неэкономному распределению адресного пространства. Например, в разделе «Пример упражнения 2» сеть класса C была разделена на восемь одинаковых по размеру подсетей; при этом каждая подсеть не использует все доступные адреса хостов, что приводит к бесполезному расходу адресного пространства. На рис. 4 иллюстрируется бесполезный расход адресного пространства.
Рис. 4
На рис. 4 показано, что подсети NetA, NetC и NetD имеют большое количество неиспользованного адресного пространства. Это могло быть сделано преднамеренно при проектировании сети, чтобы обеспечить возможности для будущего роста, но во многих случаях это просто бесполезный расход адресного пространства из-за того, что для всех подсетей используется одна и та же маска подсети .
Маски подсетей переменной длины (VLSM) позволяют использовать различные маски для каждой подсети, что дает возможность более рационально распределять адресное пространство.
Пример VLSM
Определите, какую маску подсети следует использовать, чтобы получить требуемое количество узлов.
Самым простым способом разделения на подсети является назначение сначала самой большой подсети. Например, подсети можно задать следующим образом:
Графическое представление приведено на рис. 5:
Рис. 5
Маршрутизация CIDR
Бесклассовая междоменная маршрутизация (CIDR) была предложена в целях улучшения использования адресного пространства и масштабируемости маршрутизации в Интернете. Необходимость в ней появилась вследствие быстрого роста Интернета и увеличения размера таблиц маршрутизации в маршрутизаторах сети Интернет.
CIDR переезжает от традиционных классов IP (Класс A, Класс B, Класс C, и так далее). IP-сеть представлена префиксом, который является IP-адресом, и каким-либо обозначением длины маски. Длиной называется количество расположенных слева битов маски, которые представлены идущими подряд единицами. Так сеть 172.16.0.0 255.255.0.0 может быть представлена как 172.16.0.0/16. Кроме того, CIDR служит для описания иерархической структуры сети Интернет, где каждый домен получает свои IP-адреса от более верхнего уровня. Это позволяет выполнять сведение доменов на верхних уровнях. Если, к примеру, поставщик услуг Интернета владеет сетью 172.16.0.0/16, то он может предлагать своим клиентам сети 172.16.1.0/24, 172.16.2.0/24 и т. д. Однако при объявлении своего диапазона другим провайдерам ему достаточно будет объявить сеть 172.16.0.0/16.
Специальные подсети
31-разрядные Подсети
30-битная маска подсети допускает четыре IPv4 адреса: два адреса узла, одна сеть с нулями и один широковещательный адрес с единицами. Двухточечное соединение может иметь только два адреса узла. Нет реальной необходимости иметь широковещательные и нулевые адреса с каналами «точка-точка». 31-битная маска подсети допускает ровно два адреса узла и исключает широковещательные и нулевые адреса, таким образом сохраняя использование IP-адресов до минимума для двухточечных соединений.
См. RFC 3021 - Using 31-bit Prefixes on IPv4 Point-to-Point Links.
Маска 255.255.255.254 или/31.
Подсеть/31 может использоваться в реальных двухточечных соединениях, таких как последовательные интерфейсы или интерфейсы POS. Однако они также могут использоваться в широковещательных интерфейсах, таких как интерфейсы Ethernet. В этом случае убедитесь, что в этом сегменте Ethernet требуется только два IPv4 адреса.
Пример
192.168.1.0 и 192.168.1.1 находятся на подсети 192.168.1.0/31.
Предупреждение печатается, так как gigabitEthernet является широковещательным сегментом.
32-разрядные Подсети
Маска подсети 255.255.255.255 (a/32 subnet) описывает подсеть только с одним IPv4 адресом узла. Эти подсети не могут использоваться для назначения адресов сетевым каналам связи, поскольку им всегда требуется более одного адреса на канал. Использование/32 строго зарезервировано для использования на каналах, которые могут иметь только один адрес. Примером для маршрутизаторов Cisco является интерфейс обратной связи. Эти интерфейсы являются внутренними и не подключаются к другим устройствам. Таким образом, они могут иметь подсеть/32.
Для чего нужны IP адреса?
Для обмена данными в Интернете (между различными локальными сетями) узлу необходим IP-адрес. Это логический сетевой адрес конкретного узла. Для обмена данными с другими устройствами, подключенными к Интернету, необходим правильно настроенный, уникальный IP-адрес.
IP-адрес присваивается сетевому интерфейсу узла. Обычно это сетевая интерфейсная плата (NIC), установленная в устройстве. Примерами пользовательских устройств с сетевыми интерфейсами могут служить рабочие станции, серверы, сетевые принтеры и IP-телефоны. Иногда в серверах устанавливают несколько NIC, у каждой из которых есть свой IP-адрес. У интерфейсов маршрутизатора, обеспечивающего связь с сетью IP, также есть IP-адрес.
В каждом отправленном по сети пакете есть IP-адрес источника и назначения. Эта информация необходима сетевым устройствам для передачи информации по назначению и передачи источнику ответа.
Структура IP адреса
Структура 32-битного IP-адреса определяется межсетевым протоколом 4-ой версии (IPv4). На данный момент это один из самых распространенных в Интернете типов IP-адресов. По 32-битной схеме адресации можно создать более 4 миллиардов IP-адресов.
Получая IP-адрес, узел просматривает все 32 бита по мере поступления на сетевой адаптер. Напротив, людям приходится преобразовывать эти 32 бита в десятичные эквиваленты, то есть в четыре октета. Каждый октет состоит из 8 бит, каждый бит имеет значение. У четырех групп из 8 бит есть один и тот же набор значений. Значение крайнего правого бита в октете – 1, значения остальных, слева направо – 2, 4, 8, 16, 32, 64 и 128.
Чтобы определить значение октета, нужно сложить значения позиций, где присутствует двоичная единица.
- Нулевые позиции в сложении не участвуют.
- Если все 8 бит имеют значение 0, 00000000, то значение октета равно 0.
- Если все 8 бит имеют значение 1, 11111111, значение октета – 255 (128+64+32+16+8+4+2+1).
- Если значения 8 бит отличаются, например, 00100111, значение октета – 39 (32+4+2+1).
Таким образом, значение каждого из четырех октетов находится в диапазоне от 0 до 255.
Разделение IP адреса на сетевую и узловую части
Например, если IP-адрес узла – 192.168.18.57, то первые три октета (192.168.18) представляют собой сетевую часть адреса, а последний октет (.57) является идентификатором узла. Такая система называется иерархической адресацией, поскольку сетевая часть идентифицирует сеть, в которой находятся все уникальные адреса узлов. Маршрутизаторам нужно знать только путь к каждой сети, а не расположение отдельных узлов.
Иерархическая структура IP-адресов
Сетевая и узловая части IP адреса
Классы IP адресов и маски подсети по умолчанию
IP-адреса делятся на 5 классов. К классам A, B и C относятся коммерческие адреса, присваиваемые узлам. Класс D зарезервирован для многоадресных рассылок, а класс E – для экспериментов.
IP-адреса класса D
IP-адреса класса E
В адресах класса C сетевая часть состоит из трех октетов, а адрес узла – из одного. Выбранная по умолчанию маска подсети состоит из 24 бит (255.255.255.0). Адреса класса C обычно присваиваются небольшим сетям.
IP-адреса класса C
В адресах класса B сетевая часть и адрес узла состоят из двух октетов. Выбранная по умолчанию маска подсети состоит из 16 бит (255.255.0.0). Обычно эти адреса используются в сетях среднего размера.
IP-адреса класса B
В адресах класса A сетевая часть состоит всего из одного октета, остальные отведены узлам. Выбранная по умолчанию маска подсети состоит из 8 бит (255.0.0.0). Обычно такие адреса присваиваются крупным организациям.
IP-адреса класса A
Класс адреса можно определить по значению первого октета. Например, если значение первого октета IP-адреса находится в диапазоне от 192 до 223, то это адрес класса C. Например, адрес 200.14.193.67 относится к классу С.
Классы IP адресов
Классовая и бесклассовая адресация
Классовая IP адресация — это метод IP-адресации, который не позволяет рационально использовать ограниченный ресурс уникальных IP-адресов, т.к. не возможно использование различных масок подсетей. В классовом методе адресации используется фиксированная маска подсети, поэтому класс сети (см. выше) всегда можно идентифицировать по первым битам.
Возможные значения маскок подсети при бесклассовом методе адресации (широко применяется в современных сетях):
| Всего адресов | битов | Префикс | Класс | Десятичная маска |
| 1 | 0 | /32 | 255.255.255.255 | |
| 2 | 1 | /31 | 255.255.255.254 | |
| 4 | 2 | /30 | 255.255.255.252 | |
| 8 | 3 | /29 | 255.255.255.248 | |
| 16 | 4 | /28 | 255.255.255.240 | |
| 32 | 5 | /27 | 255.255.255.224 | |
| 64 | 6 | /26 | 255.255.255.192 | |
| 128 | 7 | /25 | 255.255.255.128 | |
| 256 | 8 | /24 | 1C | 255.255.255.0 |
| 512 | 9 | /23 | 2C | 255.255.254.0 |
| 1024 | 10 | /22 | 4C | 255.255.252.0 |
| 2048 | 11 | /21 | 8C | 255.255.248.0 |
| 4096 | 12 | /20 | 16C | 255.255.240.0 |
| 8192 | 13 | /19 | 32C | 255.255.224.0 |
| 16384 | 14 | /18 | 64C | 255.255.192.0 |
| 32768 | 15 | /17 | 128C | 255.255.128.0 |
| 65536 | 16 | /16 | 1B | 255.255.0.0 |
| 131072 | 17 | /15 | 2B | 255.254.0.0 |
| 262144 | 18 | /14 | 4B | 255.252.0.0 |
| 524288 | 19 | /13 | 8B | 255.248.0.0 |
| 1048576 | 20 | /12 | 16B | 255.240.0.0 |
| 2097152 | 21 | /11 | 32B | 255.224.0.0 |
| 4194304 | 22 | /10 | 64B | 255.192.0.0 |
| 8388608 | 23 | /9 | 128B | 255.128.0.0 |
| 16777216 | 24 | /8 | 1A | 255.0.0.0 |
| 33554432 | 25 | /7 | 2A | 254.0.0.0 |
| 67108864 | 26 | /6 | 4A | 252.0.0.0 |
| 134217728 | 27 | /5 | 8A | 248.0.0.0 |
| 268435456 | 28 | /4 | 16A | 240.0.0.0 |
| 536870912 | 29 | /3 | 32A | 224.0.0.0 |
| 1073741824 | 30 | /2 | 64A | 192.0.0.0 |
| 2147483648 | 31 | /1 | 128A | 128.0.0.0 |
| 4294967296 | 32 | /0 | 256A | 0.0.0.0 |
Назначение маски подсети
Каждый IP-адрес состоит из двух частей. Как узлы определяют, где сетевая часть, а где адрес узла? Для этого используется маска подсети.
При настройке IP узлу присваивается не только IP-адрес, но и маска подсети. Как и IP-адрес, маска состоит из 32 бит. Она определяет, какая часть IP-адреса относится к сети, а какая – к узлу.
Отправляя пакет, узел сравнивает маску подсети со своим IP-адресом и адресом назначения. Если биты сетевой части совпадают, значит, узлы источника и назначения находятся в одной и той же сети, и пакет доставляется локально. Если нет, отправляющий узел передает пакет на интерфейс локального маршрутизатора для отправки в другую сеть.
Чтобы вычислить количество возможных сетевых узлов, нужно взять число два (2) в степени количества отведенных для них бит (2 ^ 8 = 256). Из полученного результата необходимо вычесть 2 (256-2). Дело в том, что состоящая из одних единиц (1) отведенная узлам часть IP-адреса предназначена для адреса широковещательной рассылки и не может принадлежать одному узлу. Часть, состоящая только из нулей, является идентификатором сети и тоже не может быть присвоена конкретному узлу. Возвести число 2 в степень без труда можно с помощью калькулятора, который есть в любой операционной системе Windows.
Иначе допустимое количество узлов можно определить, сложив значения доступных бит (128+64+32+16+8+4+2+1 = 255). Из полученного значения необходимо вычесть 1 (255-1 = 254), поскольку значение всех бит отведенной для узлов части не может равняться 1. 2 вычитать не нужно, поскольку сумма нулей равна нулю и в сложении не участвует.
В 16-битной маске для адресов узлов отводится 16 бит (два октета), и в одном из них все значения могут быть равны 1 (255). Это может быть и адрес широковещательной рассылки, но если другой октет не состоит из одних единиц, адрес можно использовать для узла. Не забывайте, что узел проверяет значения всех бит, а не значения одного октета.
Взаимодействие IP-адреса и маски подсети
Публичные и частные IP-адреса
Всем узлам, подключенным непосредственно к Интернету, необходим уникальный публичный IP-адрес. Поскольку количество 32-битных адресов конечно, существует риск, что их не хватит. В качестве одного из решений было предложено зарезервировать некоторое количество частных адресов для использования только внутри организации. В этом случае внутренние узлы смогут обмениваться данными друг с другом без использования уникальных публичных IP-адресов.
В соответствии со стандартом RFC 1918 было зарезервировано несколько диапазонов адресов класса A, B и C. Как видно из таблицы, в диапазон частных адресов входит одна сеть класса A, 16 сетей класса B и 256 сетей класса C. Таким образом, сетевые администраторы получили определенную степень свободы в плане предоставления внутренних адресов.
В очень большой сети можно использовать частную сеть класса A, где можно создать более 16 миллионов частных адресов.
В сетях среднего размера можно использовать частную сеть класса B с более чем 65 000 адресов.
В домашних и небольших коммерческих сетях обычно используется один частный адрес класса C, рассчитанный на 254 узла.
Одну сеть класса A, 16 сетей класса B или 256 сетей класса C могут использовать организации любого размера. Многие организации пользуются частной сетью класса A.
Узлы из внутренней сети организации могут использовать частные адреса до тех пор, пока им не понадобится прямой выход в Интернет. Соответственно, один и тот же набор адресов подходит для нескольких организаций. Частные адреса не маршрутизируются в Интернете и быстро блокируются маршрутизатором поставщика услуг Интернета.
При подключении сети предприятия, в которой используются частные адреса, к сети Internet необходимо обеспечить преобразование частных адресов в открытые. Такой процесс называется трансляцией сетевых адресов (Network Address Translation — NAT) и обычно выполняется маршрутизатором.
Частные адреса можно использовать как меру безопасности, поскольку они видны только в локальной сети, а посторонние получить прямой доступ к этим адресам не могут.
Кроме того, существуют частные адреса для диагностики устройств. Они называются адресами обратной связи. Для таких адресов зарезервирована сеть 127.0.0.0 класса А.
Адреса одноадресных, широковещательных и многоадресных рассылок
Одноадресная рассылка
Адрес одноадресной рассылки чаще всего встречается в сети IP. Пакет с одноадресным назначением предназначен конкретному узлу. Пример: узел с IP-адресом 192.168.1.5 (источник) запрашивает веб-страницу с сервера с IP-адресом 192.168.1.200 (адресат).
Широковещательная рассылка
В пакете широковещательной рассылки содержится IP-адрес назначения, в узловой части которого присутствуют только единицы (1). Это означает, что пакет получат и обработают все узлы в локальной сети (домене широковещательной рассылки). Широковещательные рассылки предусмотрены во многих сетевых протоколах, например ARP и DHCP.
В сети класса C 192.168.1.0 с маской подсети по умолчанию 255.255.255.0 используется адрес широковещательной рассылки 192.168.1.255. Узловая часть – 255 или двоичное 11111111 (все единицы).
В сети класса B 172.16.0.0 с маской подсети по умолчанию 255.255.0.0 используется адрес широковещательной рассылки 172.16.255.255.
В сети класса A 10.0.0.0 с маской подсети по умолчанию 255.0.0.0 используется адрес широковещательной рассылки 10.255.255.255.
Для сетевого IP-адреса широковещательной рассылки нужен соответствующий MAC-адрес в кадре Ethernet. В сетях Ethernet используется MAC-адрес широковещательной рассылки из 48 единиц, который в шестнадцатеричном формате выглядит как FF-FF-FF-FF-FF-FF.
Многоадресная рассылка
Адреса многоадресных рассылок позволяют исходному устройству рассылать пакет группе устройств.
Сравнение протоколов IP версии 4 (IPv4) и IP версии 6 (IPv6)
Когда в 1980 году был утвержден стандарт TCP/IP, он основывался на схеме двухуровневой адресации, которая в то время давала необходимую масштабируемость. К сожалению, создатели TCP/IP не могли предположить, что их протокол станет основой для глобальной сети обмена информацией, сети развлечений и коммерции. Более двадцати лет назад в протоколе IP версии 4 (IPv4) была предложена стратегия адресации, которая, будучи вполне подходящей для того времени, привела к неэффективному распределению адресов.
Как показано на рис. ниже, адреса классов А и В покрывают 75% всего адресного пространства IPv4, но относительное число организаций, которые могли бы использовать сети этих классов, не превышает 17000. Сетей класса С значительно больше, чем сетей классов А и В, но количество доступных IP-адресов ограничивается всего 12,5% от их общего числа, равного 4 млрд.
К сожалению, в сетях класса С не может быть более 254 узлов, что не соответствует потребностям достаточно крупных организаций, но которые вместе с тем не настолько велики, чтобы получить адреса классов А и В. Даже если бы существовало больше адресов сетей классов А, В и С, слишком большое их число привело бы к тому, что маршрутизаторы сети Internet были бы вынуждены обрабатывать огромное количество таблиц маршрутизации, хранящих маршруты ко всем сетям.
Распределение адресов IPv4
Еще в 1992 году проблемная группа проектирования Internet (IETF) обнаружила две специфические проблемы:
- остаток нераспределенных адресов сетей IPv4 близок к исчерпанию. В то время адреса класса В были практически израсходованы;
- наблюдается быстрое и постоянное увеличение размеров таблиц маршрутизации сети Internet в связи с ее ростом. Появление новых подключенных к структуре Internet сетей класса С порождает поток информации, способный привести к тому, что маршрутизаторы сети Internet перестанут эффективно справляться со своими задачами.
За последние два десятилетия был разработан ряд технологий, расширяющих IPv4 и направленных для модернизации существующей 32-битовой схемы адресации. Две наиболее значительные из них — это маски подсетей и маршрутизация CIDR (Classless InterDomain Routing — бесклассовая междоменная маршрутизация).
Сравнение IPv4 и IPv6
Разработка и планирование технологии заняли годы, прежде чем протокол IPv6 постепенно начал использоваться в отдельных сетях. В перспективе стандарт IPv6 должен заменить IPv4 в качестве доминирующего протокола в сети Internet.
В данной статье описана только IP адресация, но не затронуты вопросы присвоения IP-адреса узлам в сети. В будущем я планирую восполнить и этот пробел.
Читайте также: